Токи ротора и статора асинхронного двигателя

Величина тока в роторе зависит от механической нагрузки на вал двигателя. С увеличением момента сил сопротивления скорость вращения ротора замедляется, а скольжение увеличивается. При этом возрастает относительная скорость пересечения проводников ротора линиями магнитной индукции, что ведет к увеличению ЭДС и тока в роторе. Применяя закон Ома к цепи короткозамкнутого ротора, получим.

Отсюда.

так как обмотка ротора обладает не только индуктивным X_2s, но и активным R₂ сопротивлением. Из формулы (6.6.1) следует, что ток в роторе (как и ЭДС ротора) имеет наибольшее значение при неподвижном роторе, когда скольжение 5=1. Формулу (6.6.1) можно преобразовать следующим образом:

где параметры Е₂ и Х₂ характеризуют неподвижный ротор. Поэтому можно сказать, что если увеличить сопротивление фазы ротора в 1/5 раза, то при одинаковых амплитудах токов /₂ = /₂ вращающийся ротор можно заменить неподвижным ротором с ЭДС и током частота которых равна частоте статора.

Сдвиг фаз между ЭДС ротора Е_г и током в нем /₂ также меняется с изменением нагрузки или скольжения. Обозначая угол сдвига фаз через vp₂ можно написать, что.

т.е. угол сдвига фаз увеличивается с увеличением скольжения.

При электромагнитной связи между обмотками ротора и статора, так же как и в трансформаторе, изменение тока в цепи ротора вызывает изменение тока в цепи статора. Зависимость между токами в статоре и роторе асинхронного двигателя определяется на основании уравнения намагничивающих сил. Однако, прежде чем его вывести, покажем, что величина рабочего магнитного потока практически сохраняется как при работе двигателя в режиме холостого хода, так и под нагрузкой. Это следует из выражения ЭДС статорной обмотки. Если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то ЭДС ?, будет равна напряжению сети:

U_] =4,44 .

Отсюда следует, что если приложенное напряжение сохраняется по величине при всех режимах работы двигателя, то и магнитный поток в асинхронном двигателе приблизительно будет одинаков как при работе двигателя в режиме холостого хода, так и под нагрузкой (аналогичное явление наблюдалось нами и у трансформатора).

В режиме холостого хода рабочий магнитный поток создается намагничивающей силой холостого хода, а в режиме нагрузки — совместным действием намагничивающих сил статорной и роторной обмоток. Поэтому, учитывая число фаз статорной /и, и роторной т₂ обмоток и их обмоточные коэффициенты к_х и к_г можно написать:

Комплексный характер сложения намагничивающих сил объясняется тем, что магнитные потоки статора и ротора не совпадают по фазам, хотя и вращаются с одинаковой скоростью. Если все члены уравнения (6.6.2) разделить на w_v т_г к_г то получим.

щтА Величина ¹г _ь называется приведенным током ротора и.

tv J f/1'i #(|.

г' ^2.

обозначается ⁼ ? Для двигателя с фазным ротором, у которого число фаз и обмоточные коэффициенты одинаковы, выражение ._w₂m₂k₂_

т т ь ' упрощается и равно отношению чисел витков, как и в.

IV| III ft |.

трансформаторе (см. гл. З). Используя приведенное значение /₂', имеем.

Отсюда.

Таким образом, ток фазы обмотки статора складывается из тока холостого хода и приведенного тока обмотки ротора. Намагничивающая сила холостого хода, а следовательно, и ток /₀ асинхронного двигателя имеют в асинхронной машине значительно большую величину, чем в трансформаторе той же мощности. Это объясняется наличием воздушного зазора в магнитной цепи машины, увеличивающего магнитное сопротивление и требующего большого значения намагничивающей силы для создания магнитного потока необходимой величины. В асинхронном двигателе ток холостого хода в 5… 10 раз превышает ток холостого хода в трансформаторе аналогичной мощности.

На рисунке 6.6.1 показана векторная диаграмма токов, построенная с учетом потерь энергии на вйхревые токи и гистерезис в сердечнике.

Рис. 6.6.1.

Таким образом, ток в статорной обмотке асинхронного двигателя, работающего под нагрузкой, равен геометрической сумме тока холостого хода и приведенного тока ротора. Увеличение нагрузки на двигатель вызывает увеличение приведенного значения тока статора, но их геометрическая сумма (равная току холостого хода) остается неизменной.